CN115217739B - 压缩机单双缸切换方法以及空调机组 - Google Patents

压缩机单双缸切换方法以及空调机组 Download PDF

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Abstract

本发明公开了压缩机单双缸切换方法以及空调机组，压缩机单双缸切换方法包括以下步骤：采集压缩机所在空调机组的运行参数并计算对应的负荷需求a；统计负荷需求a并分析得到反映用户使用习惯的常用负荷需求b；根据常用负荷需求b的大小动态调整压缩机的单双缸切换频率区间；按照单双缸切换频率区间控制压缩机的工作状态。本发明针对常用负荷需求动态调整适用于该用户的单双缸切换频率区间，能够做到压缩机控制设计与用户负荷需求高度适配，从而达到机组运行节能进一步提升的目的。

Description

压缩机单双缸切换方法以及空调机组
技术领域
本发明涉及制冷技术领域，尤其涉及压缩机单双缸切换方法以及空调机组。
背景技术
根据研究报告显示，家用多联机60％的运行时间都是单开1台机，近60％的时间在30％负荷运行。同时，压缩机的低负荷运行容易达到停机临界的温度点，会导致压缩机在运行的过程中要通过频繁的开停机来维持对温度的控制，温度波动和能耗都会随着不断开停机而增加。
现有技术中已出现了搭载变频变容压缩机的家用多联机产品，其采用固定的单双缸切换频率区间，获取压缩机的实际运行频率之后与单双缸切换频率区间进行比较，高于上限值时运行双缸模式，低于下限值时运行单缸模式，解决家用多联机产品最小输出过大、低负荷能效低这两大突出问题。简单来说，当用户开两台及以上的室内机时，压缩机运行双缸模式，实现正常制冷热，当用户仅开一台室内机时，压缩机运行单缸模式，在满足用户制冷/制热需求的同时，最大限度地为用户节省电费开支。同时，在低负荷运行状态下，压缩机由于采用单缸模式，在运行状态中能保持稳定运转，避免开停机过程中造成的温度波动和噪音。
但用户负荷需求规律随地域、使用习惯等因素而异，现有技术采用固定的单双缸切换频率区间不能适用于所有情况，实际应用时变频变容压缩机搭载室内机自由运行会存在频繁单双缸切换、运行节能性不明显的等问题。
发明内容
为了解决现有固定单双缸切换频率区间存在频繁切换的缺陷，本发明提出压缩机单双缸切换方法以及空调机组，该切换方法针对常用负荷需求动态调整适用于该用户的单双缸切换频率区间，能够做到压缩机控制设计与用户负荷需求高度适配，从而达到机组运行节能进一步提升的目的。
本发明采用的技术方案是，设计压缩机单双缸切换方法，包括以下步骤：
采集压缩机所在空调机组的运行参数并计算对应的负荷需求a；
统计负荷需求a并分析得到反映用户使用习惯的常用负荷需求b；
根据常用负荷需求b的大小动态调整压缩机的单双缸切换频率区间；
按照单双缸切换频率区间控制压缩机的工作状态。
进一步的，根据常用负荷需求b的大小动态调整压缩机的单双缸切换频率区间包括：
建立负荷需求区间与单双缸切换频率区间的对照关系，负荷需求区间越高则其对应的单双缸切换频率区间越低；
判断常用负荷需求b所在的负荷需求区间，从对照关系中获取对应的单双缸切换频率区间。
进一步的，按照单双缸切换频率区间控制压缩机的工作状态包括：
获取压缩机的目标运行频率f；
将目标运行频率f与单双缸切换频率区间进行比较；
若目标运行频率f大于单双缸切换频率区间的上限值，则压缩机运行双缸模式；
若目标运行频率f小于单双缸切换频率区间的下限值，则压缩机运行单缸模式；
若目标运行频率f处于单双缸切换频率区间内，则压缩机维持当前工作模式。
在一些实施例中，周期性对空调机组的运行参数进行采样，在每个周期T1开始后多次采集所述空调机组的运行参数，根据每次采集得到的运行参数计算所述负荷需求a并进行记录；在每个周期T1结束后统计已记录的负荷需求a并处理得到常用负荷需求b；根据常用负荷需求b的大小动态调整压缩机的单双缸切换频率区间；按照调整后的单双缸切换频率区间控制压缩机在下一个周期T1内的工作状态。
进一步的，在每个周期T1开始之前对已记录的负荷需求a进行清零。
进一步的，统计负荷需求a并进行正态分布处理得到分布比例最高的区间，将该区间的上限值或者该区间的所有数据的平均值作为常用负荷需求b。
在一些实施例中，运行参数包括：空调机组的外机能力Q2、以及空调机组中所有内机的总负荷Q1，以总负荷Q1与外机能力Q2的比值作为负荷需求a。
进一步的，在负荷需求a的最大极限值和最小极限值之间划分出从低至高依次排列的m个负荷需求区间；第n个负荷需求区间为((n-1)×△p,n×△p]，其对应的单双缸切换频率区间为[f1-(n-2)×△f,f2-(n-2)×△f]；第m个负荷需求区间为((m-1)×△p,100％]，其对应的单双缸切换频率区间为[f1-(m-2)×△f,f2-(m-2)×△f]；其中，负荷需求a的最大极限值为100％、最小极限值为0，m为大于或等于2的正整数，n为1到m-1之间的任意一个正整数，f1、f2为预设频率值，△p、△f为预设调整量。
在一些实施例中，m为4，△p为15％，△f为5Hz；第1个负荷需求占比区间为(0,15％]，其对应的压缩机单双缸切换频率区间为[f1+5,f2+5]；第2个负荷需求占比区间为(15％,30％]，其对应的压缩机单双缸切换频率区间为[f1,f2]；第3个负荷需求占比区间为(30％,45％]，其对应的压缩机单双缸切换频率区间为[f1-5,f2-5]；第4个负荷需求占比区间为(45％,100％]，其对应的压缩机单双缸切换频率区间为[f1-10,f2-10]。
本发明还提出了空调机组，包括：外机、至少一个内机、以及与外机和内机连接的控制器，外机安装有变频变容压缩机，控制器执行上述的压缩机单双缸切换方法控制变频变容压缩机的工作状态。
在一些实施例中，空调机组为多联式空调机组。
与现有技术相比，本发明具有以下有益效果：
1、根据常用负荷需求b的大小动态调整单双缸切换频率区间，能够避免单双缸频繁切换带来的机组不稳定、不节能的缺陷；
2、负荷需求越低的用户采用较高的单双缸切换频率区间控制，减少单双缸频繁切换，负荷需求越高的用户采用较低的单双缸切换频率区间控制，运行双缸模式则机组能效更高；
3、获取压缩机的目标运行频率f并与单双缸切换频率进行比较，在满足用户需求的同时，最大限度地为用户节省开支，保证压缩机在运行状态中能保持稳定运转。
附图说明
下面结合实施例和附图对本发明进行详细说明，其中：
图1是本发明负荷规律自学习的流程示意图；
图2是本发明单双缸切换方法的流程示意图。
具体实施方式
为了使本发明所要解决的技术问题、技术方案及有益效果更加清楚明白，以下结合附图及实施例，对本发明进行进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅用以解释本专利，并不用于限定本专利。
本发明提出的压缩机单双缸切换方法适用于配置有变频变容压缩机的空调机组，尤其是多联式空调机组，变频变容压缩机具有两个缸体，能够运行双缸模式或者单缸模式。本发明的单双缸切换方法通过在用户前期使用阶段的负荷需求规律进行人工智能自学习，并获得反映用户使用习惯的常用负荷需求b，针对常用负荷需求b动态调整适用于该用户的单双缸切换频率区间，使机组运行更稳定节能，适用性更强大。应当理解的是，反映用户使用习惯的常用负荷需求b接近或者等于在用户使用阶段出现频率最高的负荷需求a。
具体来说，压缩机单双缸切换方法包括以下步骤：
采集压缩机所在空调机组的运行参数并计算对应的负荷需求a，此步骤的作用是在前期使用阶段累计一定数量的负荷需求a作为采样数据，多次对空调机组的运行参数进行采集，利用每次采集的运行参数计算出对应的负荷需求a，以便于后续进行统计分析；
统计负荷需求a并分析得到反映用户使用习惯的常用负荷需求b，此步骤的作用是统计前期使用阶段记录的负荷需求a，对负荷需求规律进行人工智能自学习，分析得到常用负荷需求b，即该用户使用习惯下的最经常的负荷需求为b；
根据常用负荷需求b的大小动态调整压缩机的单双缸切换频率区间，此步骤的作用是将单双缸切换频率区间调整到与用户负荷需求相适配，调整动作是在预先设定的单双缸切换频率区间的基础上进行提升或降低；
按照单双缸切换频率区间控制压缩机的工作状态，此步骤的作用是在正常使用阶段采用调整后的单双缸切换频率区间对压缩机进行控制，防止压缩机频繁切换单双缸，机组运行更稳定，且能达到提升机组运行节能效果的目的。
在一些实施例中，根据常用负荷需求b的大小动态调整压缩机的单双缸切换频率区间的方式如下：
建立负荷需求区间与单双缸切换频率区间的对照关系，判断常用负荷需求b所在的负荷需求区间，从对照关系中获取对应的单双缸切换频率区间。
需要指出的是，负荷需求区间越高，则说明用户使用习惯下的负荷需求越高，其对应的单双缸切换频率区间越低，在高负荷需求状态下，压缩机的目标运行频率f通常较大，即目标运行频率f通常大于调整后的单双缸切换频率区间，压缩机运行双缸模式能明显提升机组能效；反之，负荷需求区间越低，则说明用户使用习惯下的负荷需求越低，其对应的单双缸切换频率区间越高，在低负荷需求状态下，压缩机的目标运行频率f通常较小，即目标运行频率f通常小于调整后的单双缸切换频率区间，压缩机运行单缸模式能满足使用需求且更节能。
变频压缩机的目标运行频率通常会根据室内外温度变化等参数进行调整，为了更准确的控制压缩机的工作状态，单双缸切换频率区间调整后的控制逻辑如下：
获取压缩机的目标运行频率f；
将目标运行频率f与单双缸切换频率区间进行比较；
若目标运行频率f大于单双缸切换频率区间的上限值，则压缩机运行双缸模式；
若目标运行频率f小于单双缸切换频率区间的下限值，则压缩机运行单缸模式；
若目标运行频率f处于单双缸切换频率区间内，则压缩机维持当前工作模式。
需要指出的是，空调机组可以根据用户设定的目标室内温度、实际室内温度、以及室外温度等参数计算得到目标运行频率f，实际使用时空调机组可以采用现有技术中的任意一种计算方式，例如申请号为201810917550.8的发明专利、201410690036.7的发明专利等，本发明对目标运行频率f的计算方式不作特殊限制。
在一些实施例中，为了提高单双缸切换方法的适用性，周期性对空调机组的运行参数进行采样，在每个周期T1开始后多次采集所述空调机组的运行参数，根据每次采集得到的运行参数计算负荷需求a并进行记录，在每个周期T1结束后统计已记录的负荷需求a并处理得到常用负荷需求b，根据常用负荷需求b的大小动态调整压缩机的单双缸切换频率区间，再按照调整后的单双缸切换频率区间控制压缩机在下一个周期T1内的工作状态。通过周期性对负荷需求a进行记录，及时调整常用负荷需求b，保证单双缸切换频率区间能够跟随用户实际使用情况调整，提高控制逻辑的适用性，而单双缸模式与用户的负荷需求越贴合，则系统运行能效越好，从而实现节能。
应当理解的是，为了使常用负荷需求b更贴近于用户近期的使用习惯，在每个周期T1开始之前对已记录的负荷需求a进行清零，防止以往的历史负荷需求干扰常用负荷需求b的准确性，清零动作可以在每个周期到达后对在该周期T1内记录的负荷需求a进行清零，并转入下一个记录周期进行重新记录，清零动作也可以在每个周期开始或者即将开始时执行。负荷需求a的数据保存周期T1可设1-3个月，一般情况下T1默认为1个月，同一周期内相邻两次采集动作之间的间隔时间为预设时间△t，即每间隔△t采集一次运行参数并计算出对应的负荷需求a，均匀采样的样本代表性较高，有利于提高常用负荷需求b的准确性，△t可设为5min，T1和△t也可以根据应用场景的不同做调整。
在一些实施例中，常用负荷需求b的处理方式为正态分布，即统计负荷需求a并进行正态分布处理得到分布比例最高的区间，采用向右取值原则将该区间的上限值作为常用负荷需求b，实际应用时也可以计算分布比例最高的区间的所有数据的平均值，以平均值作为常用负荷需求b，本发明对负荷需求a的具体处理方式不做特殊限制。
以图2所示的实施例为例，运行参数包括：空调机组的外机能力Q2、以及空调机组中所有内机的总负荷Q1，以总负荷Q1与外机能力Q2的比值作为负荷需求a，即负荷需求a为内外机之间的负荷需求占比，通过计算该负荷需求占比反映内外机之间的供需关系，更准确的调整单双缸切换频率区间，下面详细介绍负荷规律自学习的实施过程。
步骤100、空调机组上电；
步骤101、机组识别外机能力以及空调机组中每台内机的容量，举例来说，外机能力种类包含：80、100、112、120、140、160、180，内机容量种类包含：22、25、28、32、36、40、45、50、56、63、71；
步骤102、累计周期时间T周期以及采样时间T采样，单个内机的负荷需求分别记录为q1、q2、···、qn，1到n表示搭载的n个内机，负荷需求为开机状态的内机容量，所有内机的总负荷Q1计算公式为：所有显示开机状态的内机负荷求和，内机的运行模式可以是制冷模式或制热模式，外机能力记录为Q2；
步骤103、根据采集到外机能力Q2以及总负荷Q1计算负荷需求a，负荷需求a的计算公式为：
步骤104、将计算得到的负荷需求a进行存储；
步骤105、判断T周期是否达到T1，若否，则执行步骤106，若是，则执行步骤107；
步骤106、判断T采样是否已经达到△t，若否，则等待T采样达到△t，将T采样清零，返回步骤102，若是，则将T采样清零，返回步骤102；
步骤107、统计已记录的负荷需求a并处理得到常用负荷需求b；
步骤108、清除已存储的负荷需求a，将T周期清零，返回步骤101。
步骤107采用的处理方式为正态分布，对已记录的a1、a2、···、am数据从0-100％，间隔1％进行正太分布处理，得到分布比例最高的百分比区间，认为该用户使用习惯下的最经常的负荷需求为常用负荷需求b，选择间隔1％的好处是得到分布比例最高的百分比区间后直接以该区间值作为常用负荷需求b，不需要再取均值，处理过程更简单。
上述实施过程处理得到常用负荷需求b之后，判断常用负荷需求b所在的负荷需求区间，从负荷需求区间与单双缸切换频率区间的对照关系中获取对应的单双缸切换频率区间，再按照单双缸切换频率区间控制压缩机的工作状态。
具体来说，在负荷需求a的最大极限值和最小极限值之间划分出从低至高依次排列的m个负荷需求区间，即对照关系包含m个负荷需求区间，对照关系如下：
第n个负荷需求区间为((n-1)×△p,n×△p]，其对应的单双缸切换频率区间为
[f1-(n-2)×△f,f2-(n-2)×△f]；
第m个负荷需求区间为((m-1)×△p,100％]，其对应的单双缸切换频率区间为
[f1-(m-2)×△f,f2-(m-2)×△f]；
其中，负荷需求a的最大极限值为100％、最小极限值为0，m为大于或等于2的正整数，n为1到m-1之间的任意一个正整数，f1、f2为预设频率值，f1为预设单缸频率切换值，f2为预设双缸频率切换值，△p、△f为预设调整量。
以图3所示的实施例为例，m为4，△p为15％，△f为5Hz，对照关系如下：
第1个负荷需求占比区间为(0,15％]，其对应的压缩机单双缸切换频率区间为[f1+5,f2+5]；
第2个负荷需求占比区间为(15％,30％]，其对应的压缩机单双缸切换频率区间为[f1,f2]；
第3个负荷需求占比区间为(30％,45％]，其对应的压缩机单双缸切换频率区间为[f1-5,f2-5]；
第4个负荷需求占比区间为(45％,100％]，其对应的压缩机单双缸切换频率区间为[f1-10,f2-10]。
下面详细介绍单双缸频率切换方法的实施过程。
步骤200、空调机组上电；
步骤201、单双缸切换频率区间控制为[f1,f2]；
步骤202、周期性对空调机组的运行参数进行采样，在每个周期T1开始后多次采集所述空调机组的运行参数，根据每次采集得到的运行参数计算负荷需求a，记录a1、a2、……、am；
步骤203、在每个周期T1结束后统计已记录的负荷需求a并处理得到常用负荷需求b；
步骤204、根据常用负荷需求b的大小动态调整压缩机的单双缸切换频率区间，按照调整后的单双缸切换频率区间控制压缩机的工作状态；
当b≤15％，则说明用户负荷需求基本偏低，单双缸切换频率区间控制为[f1+5,f2+5]，
[f1+5,f2+5]为压缩机单双缸切换的滞环区间，即在压缩机升频时要超过f2+5，压缩机才切换为双缸运行模式，在压缩机降频时要低于f1+5，压缩机才切换为单缸运行模式，调整单双缸切换频率区间之后，获取压缩机的目标运行频率f，若f＞f2+5，则压缩机运行双缸模式，若f＜f1+5，则压缩机运行单缸模式，若f处于[f1+5,f2+5]，则压缩机维持当前工作模式，由于低负荷需求下压缩机的目标运行频率f通常较小，在b≤15％的情况下压缩机基本都会在单缸模式下运行；
当15％＜b≤30％，则说明用户负荷需求居中，单双缸切换频率区间控制为[f1,f2]，[f1,f2]为压缩机单双缸切换的滞环区间，即在压缩机升频时要超过f2，压缩机才切换为双缸运行模式，在压缩机降频时要低于f1，压缩机才切换为单缸运行模式，因此调整单双缸切换频率区间之后，获取压缩机的目标运行频率f，若f＞f2，则压缩机运行双缸模式，若f＜f1，则压缩机运行单缸模式，若f处于[f1,f2]，则压缩机维持当前工作模式，在用户负荷需求处于常规水平下，压缩机按照预设单双缸切换频率区间正常控制；
当30％＜b≤45％，则说明用户负荷需求稍大，单双缸切换频率区间控制为[f1-5,f2-5]，[f1-5,f2-5]为压缩机单双缸切换的滞环区间，即在压缩机升频时要超过f2-5，压缩机才切换为双缸运行模式，在压缩机降频时要低于f1-5，压缩机才切换为单缸运行模式，因此调整单双缸切换频率区间之后，获取压缩机的目标运行频率f，若f＞f2-5，则压缩机运行双缸模式，若f＜f1-5，则压缩机运行单缸模式，若f处于[f1-5,f2-5]，则压缩机维持当前工作模式，由于用户负荷需求加大后，压缩机的目标运行频率f会升高，这样压缩机基本都会在双缸模式下运行；
当b＞45％，则说明用户负荷需求大，单双缸切换频率区间控制为[f1-10,f2-10]，[f1-10,f2-10]为压缩机单双缸切换的滞环区间，即在压缩机升频时要超过f2-10，压缩机才切换为双缸运行模式，在压缩机降频时要低于f1-10，压缩机才切换为单缸运行模式，因此调整单双缸切换频率区间之后，获取压缩机的目标运行频率f，若f＞f2-10，则压缩机运行双缸模式，若f＜f1-10，则压缩机运行单缸模式，若f处于[f1-10,f2-10]，则压缩机维持当前工作模式，由于高负荷需求下压缩机的目标运行频率f通常较大，在b＞45％的情况下压缩机会在双缸模式下运行。
本发明还提出了空调机组，包括：外机、至少一个内机、以及与外机和内机连接的控制器，外机安装有变频变容压缩机，控制器执行上述的压缩机单双缸切换方法控制变频变容压缩机的工作状态，该压缩机单双缸切换方法在空调机组上改进即可实现，不增加任何成本，能够做到压缩机的控制逻辑与用户负荷需求高度适配，从而达到机组运行节能进一步提升的目的。
以上所述仅为本发明的较佳实施例而已，并不用以限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内所作的任何修改、等同替换和改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims (11)

1.压缩机单双缸切换方法，其特征在于，包括以下步骤：
采集压缩机所在空调机组的运行参数并计算对应的负荷需求a；
统计所述负荷需求a并分析得到反映用户使用习惯的常用负荷需求b；
根据所述常用负荷需求b的大小动态调整所述压缩机的单双缸切换频率区间；
按照所述单双缸切换频率区间控制所述压缩机的工作状态。
2.根据权利要求1所述的压缩机单双缸切换方法，其特征在于，根据所述常用负荷需求b的大小动态调整所述压缩机的单双缸切换频率区间包括：
预先建立负荷需求区间与单双缸切换频率区间的对照关系，所述负荷需求区间越高则其对应的单双缸切换频率区间越低；
判断所述常用负荷需求b所在的负荷需求区间，从所述对照关系中获取对应的单双缸切换频率区间。
3.根据权利要求1所述的压缩机单双缸切换方法，其特征在于，按照所述单双缸切换频率区间控制所述压缩机的工作状态包括：
获取所述压缩机的目标运行频率f；
将所述目标运行频率f与所述单双缸切换频率区间进行比较；
若所述目标运行频率f大于所述单双缸切换频率区间的上限值，则所述压缩机运行双缸模式；
若所述目标运行频率f小于所述单双缸切换频率区间的下限值，则所述压缩机运行单缸模式；
若所述目标运行频率f处于所述单双缸切换频率区间内，则所述压缩机维持当前工作模式。
4.根据权利要求1所述的压缩机单双缸切换方法，其特征在于，周期性对所述空调机组的运行参数进行采样，在每个周期T1开始后多次采集所述空调机组的运行参数，根据每次采集得到的运行参数计算所述负荷需求a并进行记录；
在每个周期T1结束后统计已记录的负荷需求a并处理得到常用负荷需求b；
根据所述常用负荷需求b的大小动态调整所述压缩机的单双缸切换频率区间；
按照所述单双缸切换频率区间控制所述压缩机在下一个周期T1内的工作状态。
5.根据权利要求4所述的压缩机单双缸切换方法，其特征在于，在每个周期T1开始之前对已记录的负荷需求a进行清零。
6.根据权利要求1所述的压缩机单双缸切换方法，其特征在于，统计所述负荷需求a并进行正态分布处理得到分布比例最高的区间，将该区间的上限值或者该区间的所有数据的平均值作为所述常用负荷需求b。
7.根据权利要求1至6任一项所述的压缩机单双缸切换方法，其特征在于，所述运行参数包括：所述空调机组的外机能力Q2、以及所述空调机组中所有内机的总负荷Q1，以所述总负荷Q1与所述外机能力Q2的比值作为所述负荷需求a。
8.根据权利要求7所述的压缩机单双缸切换方法，其特征在于，在所述负荷需求a的最大极限值和最小极限值之间划分出从低至高依次排列的m个负荷需求区间；
第n个负荷需求区间为（(n-1)×△p, n×△p]，其对应的单双缸切换频率区间为[f1-(n-2)×△f, f2-(n-2)×△f]；
第m个负荷需求区间为（(m-1)×△p, 100%]，其对应的单双缸切换频率区间为[f1-(m-2)×△f, f2-(m-2)×△f]；
其中，所述负荷需求a的最大极限值为100%、最小极限值为0，m为大于或等于2的正整数，n为1到m-1之间的任意一个正整数，f1、f2为预设频率值，△p、△f为预设调整量。
9.权利要求8所述的压缩机单双缸切换方法，其特征在于，m为4，△p为15%，△f为5Hz；
第1个负荷需求区间为(0, 15%]，其对应的压缩机单双缸切换频率区间为[f1+5, f2+5]；
第2个负荷需求区间为(15%, 30%]，其对应的压缩机单双缸切换频率区间为[f1, f2]；
第3个负荷需求区间为(30%, 45%]，其对应的压缩机单双缸切换频率区间为[f1-5,f2-5]；
第4个负荷需求区间为(45%, 100%]，其对应的压缩机单双缸切换频率区间为[f1-10,f2-10]。
10.空调机组，包括：外机、至少一个内机、以及与所述外机和内机连接的控制器，所述外机安装有变频变容压缩机，其特征在于，所述控制器执行权利要求1至9任一项所述的压缩机单双缸切换方法控制所述变频变容压缩机的工作状态。
11.根据权利要求10所述的空调机组，其特征在于，所述空调机组为多联式空调机组。
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